A Figura 4 ilustra a estrutura do músculo esquelético, este constitui cerca de 40% do corpo humano e é o principal órgão responsável pela movimentação do corpo. Um músculo esquelético é constituído por um conjunto de filamentos celulares alongados, com 10 a 80 micrômetros de diâmetro, chamados de fibras musculares. Essas fibras, por sua vez, são compostas por outros filamentos chamados de miofibrilas (GUYTON et al., 2006) . Nas miofibrilas encontramos aproximadamente 3000 filamentos de actina e 1500 filamentos de
miosina, essas duas proteínas interagem entre si ”escorregando” uma pela outra fazendo com que os músculos se contraiam (FERREIRA, 2005).
Figura 4 – Estrutura Muscular.
Fonte: https://strengthconditioningscience.blog/2017/05/13/o-musculo-estriado-esqueletico- propriedades-funcao-e-arquitectura-muscular/
Por sua vez, o sinal EMG é o sinal elétrico produzido pelo músculo ao se contrair ou se relaxar. A Eletromiografia está relacionada ao estudo do padrão do sinal elétrico produzido durante a movimentação muscular (contração e relaxamento), enquanto o estudo do sinal em si é chamado de Eletromiograma. Para este trabalho em específico, foram usados sinais produzidos pelos músculos esqueléticos. A formação e captação do sinal serão abordados nas subseções seguintes.
2.4.1 Formação do sinal EMG
A contração muscular começa pela ativação do neurônio estimulador (neurônio de ativação), que age diretamente na membrana que existe nas células musculares (sarcoma), causando assim a mudança no seu potencial elétrico. O potencial elétrico se mantinha em seu meio interno predominância de cargas negativas e no meio externo de cargas positivas (potencial de repouso). Esses estímulos fazem com que os canais de sódio (Na+) existentes nas membranas sejam abertos, mudando seu estado de potencial de repouso, tornando agora o meio intracelular positivo em relação ao seu exterior (despolarização) da membrana celular (KUMAR, 2017).
O extenso aumento de Na+ causa o fechamento desse canal, e a abertura imediata dos canais de potássio (K+), ocasionando a saída de K+ de seu interior para o meio extracelular, voltando assim para o estado energético do potencial de repouso, repolarização. Então, a bomba sódio-potássio começa a agir para que seja equilibrada também a proporção proteica, fazendo com que duas moléculas de K+ entrem na membrana e três moléculas de Na+ saiam (hiperpolarização) (KUMAR, 2017). O processo de troca de K+ e Na+ descrito acima é ilustrado
na Figura 5, onde mostra a representação do interior molecular no momento da troca de K+ e Na+.
Figura 5 – Troca proteica de Na+ e K+ no meio celular.
Fonte: http://www.genomasur.com/lecturas/Guia04.htm
Todo esse processo acontece em níveis de potências diferentes, o potencial de repouso começa entre -60 e -90 mV. Entre a despolarização e a repolarização acontece o ápice do potencial elétrico chegando a +50 mV em poucos milissegundos (aproximadamente 5 ms). A esta mudança abrupta do potencial na membrana celular dá-se o nome de potencial de ação (RODRIGUEZ-AÑEZ, 2000).
O sinal produzido por um grupo de miofibrilas é chamado de Potencial de Potencial de Ação da Unidade Motora (PAUM), do inglês Motor Unit Action Potential (MUAP). Durante o movimento muscular, as MUAPs geram, quase que simultaneamente, picos de sinais elétricos. A junção desses sinais é o sinal eletromiográfico propriamente dito (RODRIGUEZ-AÑEZ, 2000). A Figura 6 ilustra a formação do sinal EMG a partir da soma das MUAPs.
O sinal EMG produzido pela contração e relaxamento do músculo está em uma frequência entre 400 a 500 Hz. Essa frequência pode mudar de acordo com o músculo, tipo de movimento, e até mesmo com fatores externos (ambiente, eletrodos, entre outros). Sendo assim, é necessário uma frequência de amostragem mínima de 1 kHz para que se possa extrair as
Figura 6 – Sinal EMG formado a partir da soma de MUAPs.
Fonte: Registrada pelo autor (2020).
informações desejadas (MARCHETTI; DUARTE, 2006).
2.4.2 Aquisição do sinal EMG
A aquisição do sinal EMG dá-se por meio de um eletromiógrafo, que é comumente usado em conjunto com um computador. O eletromiógrafo capta os sinais por meio de eletrodos, que podem ser de agulhas ou de superfície. Depois de captado, o sinal passa por um tratamento prévio, amplificando-o e diminuindo seus ruídos. Só então, os dados são enviados ao computador para posteriores análises (MARCHETTI; DUARTE, 2006).
Para este trabalho foi usado um sistema composto por uma placa Arduino, duas placas de aquisição e eletrodos de superfície. Cada um dos itens mencionados será apresentado nas próximas subseções.
2.4.2.1 Placa Arduíno
Arduíno é uma placa eletrônica opensource de fácil prototipagem. Por ser open- source, atualmente existem diversas versões desta placa, a versão utilizada neste trabalho é o Arduíno UNO R3, mostrado na Figura 7, que é uma placa composta por 14 pinos digitais (po- dendo 6 pinos serem usados como saídas PMW), 6 entradas analógicas, uma conexão USB, um conector de energia, um botão de reset, um cristal oscilador de 16 MHz e um microcontrolador ATMega238 (ARDUINO, 2015).
A placa do Arduíno foi utilizada para fazer a comunicação serial com o computador, transferindo os dados obtidos pela placa de aquisição. O Arduíno Uno foi escolhido pois, além
Figura 7 – Arduíno UNO R3
Fonte: Registrada pelo autor (2019).
de colaborar com a filosofia do hardware livre, é de fácil aplicação e baixo custo, isso facilita a sua aquisição para o usuário final.
2.4.2.2 Placa de aquisição
A placa de aquisição utilizada foi a shield ecg/emg Olimex. A Figura 8 trata-se de uma placa de aquisição de sinais Eletrocardiograma (ECG) e EMG. Esta placa é composta por um sistema de blindagem eletromagnética que diminui consideravelmente a interferência de sinais ruidosos externos e possui um potenciômetro regulável (que por padrão vem calibrado para sinais ECG/EMG). Possui uma entrada para leitura de eletrodos ativos e passivos e é compatível com várias versões do Arduíno 3v e 5v, incluindo o Arduíno UNO (EKG, 2015).
A placa de aquisição foi usada para receber os sinais obtidos pelos eletrodos, nela também foi feito o pré-processamento e a amplificação do sinal. A placa foi acoplada ao Arduíno para realizar a transferência do sinal pré-processado para o computador. Assim como o Arduíno, o uso da shield ECG/EMG incentiva o uso de placas opensource, o que torna mais acessível este projeto para usuários finais.
2.4.2.3 Eletrodos
Os eletrodos são dispositivos que fazem as conexões entre o corpo e a placa de aquisição. São posicionados em pontos estratégicos, onde tenham maior potencial elétrico. Os dois tipos mais convencionais são os eletrodos de agulhas e os eletrodos de superfície. Podendo
Figura 8 – Shield EKG/EMG Olimex
Fonte: Registrada pelo autor (2019).
ainda serem classificados como monopolar ou bipolar. Os monopolares utilizam um eletrodo de captação e um eletrodo de referência, geralmente são usados para captação simples de sinais EMG. Já os bipolares utilizam dois eletrodos de captação e um de referência, são utilizados principalmente para estudos de contração muscular, pois calculam a diferença de potencial entre os eletrodos de captação (MARCHETTI; DUARTE, 2006).
A Figura 9 mostra alguns exemplos de eletrodos de agulha, eles são usados quando necessita-se de um estudo pontual do sinal EMG. São introduzidos diretamente no músculo e por isso tem a captação menos ruidosa e o sinal mais apurado. Por outro lado, são dolorosos e desconfortáveis para o usuário, e por isso são pouco usados (MARCHETTI; DUARTE, 2006).
Os eletrodos de superfície, mostrados na Figura 10, são usados em contato direto com a pele, em geral com o auxílio de um gel condutor. Eles abrangem uma área maior do que os eletrodos de agulha e por isso acabam captando sinais EMG ruidosos. Porém, são mais práticos e confortáveis para o usuário, o que faz dos eletrodos de superfície os mais usados para estudos de sinais EMG (MARCHETTI; DUARTE, 2006).